0引言

水泥窑挖潜降耗的关键技术措施在于提高系统的换热效率。预热分解系统换热效率高了，一级出口温度就会降低，废气带走的热量就少，熟料煤耗就会降低。根据测算，一级出口温度每降低10℃可降低熟料煤耗近1kg；窑内物料换热效率高了，物料在窑内反应的速率就会快，有利于回转窑产质量的提高；篦冷机换热效率高了，出篦冷机熟料温度降低，熟料带走的热量就会少，煤耗也会降低。根据测算，熟料温度每降低30℃可以降低煤耗约1kg。另外，熟料在篦冷机高温段换热效率高了，可以提高二、三次风温，有利于窑炉煤粉快速燃烧，不仅为系统优质高产创造条件，还会避免窑内结圈、预热系统结皮堵塞等工艺事故的发生。本文从三个方面论述如何提高回转窑系统的换热效率。

01存提高预热分解系统换热效率

预热分解系统的换热效率，取决于进入各级预热器出口管道物料的分散度。只要物料能够在各级出口管道内高度分散，其换热速率是很快的，因为生料的颗粒很细，实验证明：悬浮状态下的生料粉在0.2s时间内其换热效率可以达到80%以上。也就是说，只要进入出口管道的物料能够高度分散，通过出口管道的换热效率可以达到90%以上。这就是我们常说的，物料在预热分解系统的理想状态是“管道换热、旋风筒分离”。

如果进入各级出口管道的物料分散不好而呈“料流”状态，其换热效率会大大降低。因为风的特性是走阻力小的地方，料流的区域阻力大，透风量就小，大量的含热气体会"躲过"物料直接进入下一级预热器，最终导致一级预热器出口温度高，系统换热效率低，熟料热耗高。

物料能否在预热分解系统高度分散取决于各级预热器的撒料装置及锁风装置的结构与安装位置。

1.1撒料装置存在的问题及整改措施

目前国内预热器的撒料装置多数采用外置箱式撒料装置，实践证明，该结构的撒料装置普遍存在箱体底部积料问题。箱体内一旦积料，箱体内的撒料板就会失去作用，从下料管流出的物料将呈“料流”状态冲入下一级出口管道，使换热效率降低。

由于撒料装置的撒料效果直接影响预热系统的换热效率，本人在90年代就开发了一种内置型空心盒式撒料装置(专利号ZL93231137.7),并应用于山水集团所有熟料生产线及近几年对外技改的熟料生产线。山水集团熟料线一级预热器出口温度之所以低于行业内其他企业，其撒料装置的撒料效果好是主要原因之一。

内置型空心盒式撒料装置的结构及技术特点：撒料盒是可以活动的，便于前后移位和检查检修；撒料盒是空心的，空心壳体与外界空气接触散热，使用寿命大大延长；撒料盒是伸入分解炉及各级出口管道内的，不会因积料影响撒料效果。实践证明，该撒料装置具有撒料效果好、使用寿命长、便于检查检修等优点。

1.2预热器锁风阀存在的问题及整改措施

各级预热器锁风阀的主要作用是避免下料管出现内漏风而影响预热器的分离效率。实验证明，对于旋风分离器而言，当下料管内漏风量达到总风量的8%时，其分离效率为零。众所周知，水泥窑预热器的主要作用是气固分离，其分离效率除了与预热器的结构尺寸有关外，很大程度上与各级下料管的锁风效果有关。如果锁风不严，就会产生下一级废气通过下料管短路直接进入上一级预热器而使分离效率降低。预热器分离效率低，部分物料在预热系统内循环，致使气体含尘浓度高，系统阻力大，影响系统通风及电耗。

目前国内生产预热器锁风阀的厂家众多，其结构各式各样。通过对多家水泥企业现场查看，普遍存在锁风不严，内漏风严重问题。主要表现在两个方面：一是锁风阀结构问题；二是设备选型问题。

所谓的结构问题，其一，阀板与阀体的中心线角度为45°,而五级下料管道角度一般为55~60°,受阀板重力的作用，要想阀板关严，必须配置很重的配重，致使阀板活动不灵活；其二，阀板为全密封结构，物料流出时，阀板必须张开，此时出料的过程也是漏风的过程；其三，阀板活动轴承的固定没有考虑阀板轴的热膨胀量，导致轴承活动不灵活。

所谓的选型问题，多数企业没有按照“在倾斜管道上使用单板阀，在竖直管道上使用双板阀”的原则选型而导致锁风不严。例如，在竖直下料管上使用单板阀时，阀板与地面的角度为45°,由于阀板自身重量约200kg左右，要想阀板处于关闭状态，其配重应与阀板的重量相当，而竖直下料管内下落的物料是覆盖整个阀板上的，只有当堆积在阀板上的物料重量大于配重时，才能冲开阀板流出，小于配重时阀板关闭。现场观察，很多企业担心配重重了会造成预热器堵塞，从而减轻配重，使阀板处于半关闭状态，内漏风严重。有的企业重视内漏风，通过增加配重使阀板处于关闭状态，但带来的问题是流出的物料呈“脉冲”状态，影响物料的分散度，进而影响物料的换热效率。

为了保证各级预热器锁风阀的锁风效果和料流稳定，山东新越建材科技公司开发了一种新型“稳流锁风阀”,具有以下特点：

1)5级(或6级)所用单板阀的阀板角度为55°(国内现有的一般为45°),当下料管的角度为55°~60°时，阀板自然垂直地面，正常运行时用很轻的配重就可以实现阀板的密封，阀板的灵活性好；

2)阀板的底部开有料流孔洞，正常运行时物料通过料流孔洞流出实现料封，而阀板始终处于关闭状态，避免了阀板开启时阀板周边漏风的可能；

3)阀板内衬采用高温烧制的微晶板材料，以防止结皮现象；

4)阀板轴采用套装双轴承结构，以解决阀板轴热膨胀而导致阀板不灵活问题。

在锁风阀选型问题上，要坚持“在倾斜管道上选用单板阀，竖直管道上选用双板阀的原则",因为单板阀的阀板重量要远大于双板阀单板的重量。双板阀的阀板轻了，自然配重也轻了，阀板活动就灵活了。新型稳流双板阀的阀板底部也留有料流孔洞，正常运行时，料流是从孔洞里流出的，阀板是关严的，既解决了内漏风问题，又保证了料流的稳定。

截止到目前，新型稳流锁风阀已广泛应用于山水水泥、中联水泥等30多条熟料生产线上，由于其锁风效果好，各级下料管的内漏风大大减少，一方面提高了各级预热器的分离效率，减少了部分物料在系统的再循环而使系统阻力降低，实践证明，若整套预热器的锁风阀更换为新型稳流锁风阀，可使系统阻力降低400~500Pa;另一方面，减少下料管内漏风，可以大大减轻各级下料管的结皮现象，避免了因结皮造成的阀板卡住而使预热器堵塞问题。

02 提高篦冷机换热效率

提高篦冷机换热效率的关键，在于篦冷机能够适应厚料层操作。料层厚，冷却风穿透高温熟料的停留时间就长，换热就充分，冷却效率就高；料层厚就会避免出现“窜风”现象，不仅冷却效率高，二、三次风温及窑头锅炉气体温度也会高，有利于窑系统提产降耗。

实现篦冷机厚料层操作是有条件的：(1)各室配风风机要有足够的风压，以克服厚料层形成的阻力；(2)高温段要实现分区供风，以避免出窑熟料离析所形成的局部“窜风”和“压风”现象；(3)降低急冷固定篦床的斜度，以增加篦床后端料层厚度，避免出现“窜风”现象；

(4)适当加大高温段(急冷床、二室、三室)风机风量，保证二、三次风量，避免窑头风机“争风”而造成窑炉风量不足所产生的煤粉不完全燃烧现象。

2.1三代及老四代篦冷机存在的问题

2.1.1急冷固定篦床分区供风不到位

由于出窑熟料属于块状物料，在落入急冷固定篦床时会出现“离析”现象：落料点区域的熟料颗粒细、料层厚、透风阻力大；远离落料点区域的熟料粒度粗、料层薄、透风阻力小；靠近落料点区域的熟料颗粒偏细，透风阻力大。若急冷固定篦床没有根据各区域熟料粒度的特性进行合理的分风，就会出现料层阻力大的区域出现“压风”现象；料层阻力小的区域出现“窜风”现象。不管是“压风”或“窜风”,均影响篦冷机的换热效率。

2.1.2急冷固定篦床斜度偏大

通过调研，国内早期生产的三代、四代篦冷机其固定篦床的斜度一般为15°~18°。固定篦床斜度大，篦床后端的料层就薄，料层阻力小，透风量大，容易出现“窜风”现象，直接影响二、三次风温的提高。

2.1.3活动篦床两侧存在“红河”现象

所谓的“红河”现象，是指篦床两侧的熟料颗粒没有得到快速冷却，在篦下冷却风的托浮下像“河流”一样快速流向篦床低温端的现象。出现“红河”现象会严重影响篦冷机高温段的换热效率，也就影响二、三次风温及余热锅炉的发电量。

2.1.4各室冷却风机风压偏低

随着水泥技术的不断进步，国内大部分水泥窑的实际产量已超过设计产能30%左右，老式篦冷机篦床的冷却面积明显偏小，只能通过增加料层厚度来满足增产要求。而原有的风机普遍配置风压偏低，当料层加厚后，会出现压风现象，不仅影响篦冷机的换热效率，还会影响窑内及炉内煤粉燃烧所需要的空气量，导致熟料煤耗高、质量下降。

2.2老式篦冷机的整改措施

2.2.1将急冷固定篦床改为组合式充气箱篦床

拆除原有的急冷固定篦床，改用山东新越建材科技公司研制的组合式充气箱急冷固定篦床(专有技术)。组合式急冷固定篦床一般由三个独立的充气箱组成，分别对应篦床上的中心落料区、粗料侧区、细料侧区，并分别配置不同风量和风压的风机。篦床上的篦板采用2种型式篦板，料层阻力大的区域采用通风面积大的篦板，阻力小的区域采用通风面积小的篦板，以避免局部出现“压风”和“窜风”现象。

2.2.2降低急冷固定篦床斜度

固定篦床是有一定斜度的。斜度越大，篦床后端(窑方向)的料层越薄，透风量就越大，容易形成“窜风”现象；斜度过小，物料位移速度慢，容易出现“堆雪人”现象。实践证明，急冷固定篦床风机风压能够达到12000Pa及以上，固定篦床的斜度降至10°是没有问题的。固定篦床的斜度降低了，篦床后端的料层就加厚了。例如急冷固定篦床的有效长度为2000mm,篦床的斜度由15°降至10°,后端的篦板可以下落175mm,其料层厚度就增加了175mm。料层厚了，“窜风”现象就减轻了，二次风温也就提高了。

2.2.3解决篦床两侧“红河”现象的措施

鉴于“红河”现象是因篦床两侧熟料颗粒细、料层阻力大、透风量不足造成的，可以通过改善篦床两侧通风来解决“红河”现象。对于三代篦冷机，可以通过调整二、三室篦床两侧篦板的通风面积或增加侧吹风的措施，以增强篦床两侧的通风量来实现熟料细颗粒的快速冷却；对于老四代篦冷机，可以在二、三风室两侧分别隔出一个小风室，并单独供风，以增加篦床两侧的冷却风量。

2.2.4调整各风室风机，适当增加风机额定风压

增加篦床料层厚度，势必增加料层的阻力。对于离心风机来说，阻力大了，风量就小了。冷却风量小了，穿透料层的风量不足，一方面影响熟料的换热效率而使出篦冷机熟料温度升高；另一方面，会因篦上风量不足而影响二、三次风量或余热发电量。所以，必须根据熟料产量及冷却效果调整各风室风机的配风风量及风压，以满足增产后篦冷机料层加厚的条件。

2.2.5根据出窑熟料落料点调整急冷固定篦床后墙的位置

回转窑正常运行时，出窑熟料的落料点可以通过回转窑的冷态点来确定。所谓的回转窑“冷态点”是指回转窑在冷态且轮带在下挡轮位置时，窑口端面垂直急冷床篦板的点。所谓的“热态点”,是指回转窑正常运行时筒体热膨胀后窑口端面垂直篦床的点。由于回转窑在热态时会产生热膨胀，其膨胀的长度=筒体温度×下挡轮至窑口的距离×膨胀系数。若筒体温度平均300℃,下挡轮至窑口的筒体长度为58m时，筒体的膨胀量约为210mm,其热态点距冷态点距离为210mm。另外，由于回转窑有一定的斜度，且是回转运行的，出窑熟料会呈前抛下落，所以实际落料点在热态点前移200~300mm左右。根据以上测算，出窑熟料的落料点应该距冷态点约400~500mm。篦冷机的后墙就应该定位在冷态点的400~500mm处。

确定出窑熟料的落料点很重要，因为落料点距后墙距离过大，后排篦板料层过薄，就会出现“窜风”现象，影响换热效率；距离过小，容易出现积料现象。

03提高窑内换热效率，

加快窑内物料反应速率

提高窑内物料换热效率的具体措施：提高窑速，实现薄料快烧。

由于窑内物料呈高密度堆积状态，物料与窑内高温气体的换热是表面换热，即：高温气体通过对流、辐射、传导的形式一方面传给料层表面的物料；另一方面通过提高窑皮或耐火砖的温度将热量传递给翻滚到底面的物料，而料层中间的物料难以得到热量。从窑内物料换热的角度，料层越薄，换热效率越高。换热效率越高，物料在窑内的分解反应、固相反应、烧成反应速率就越快。

   同样的产量，窑内料层的厚薄是由窑速决定的。窑速快，料层薄；窑速慢，料层厚。过去国内回转窑设计最高转速一般为4r/min,而目前国内部分企业已将回转窑的额定转速提高至5.5r/min,正常运行转速在5.0r/min左右。实践证明，同样的产量，窑的转速提高后，窑内通风明显改善(通风面积增大),熟料结粒相对均齐(大块窑皮容易摔碎),有利于回转窑产质量的提高及篦冷机换热效率的提高。

04结束语

通过对国内30多条熟料生产线的技改证明，在投资不大的情况下对原有熟料生产线进行局部改造，进一步提高预热分解系统、篦冷机系统、回转窑窑内物料的换热效率，就能够实现水泥窑的增产提质、节能降耗的目的。

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文章来源于《中国水泥》

作者：于玉川

所属：山东新越建材科技有限公司